1第一节导数概念

➢ §2.1导数概念
➢ §2.2 函数的求导法则 ➢ §2.3 高阶导数 ➢ §2.4 隐函数的导数 由参数方程所确定
的函数的导数 相关变化率 ➢ §2.5 函数的微分
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§2.1 导数概念
➢ 2.1.1 引例 ➢ 2.1.2 导数的定义 ➢ 2.1.3 导数的几何意义 ➢ 2.1.4 函数可导性与连续性的关系 ➢ 小结 ➢ 思考题
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瞬时速度 切线斜率
f (t0 )
o y
t0
f (t)
t
s
y f (x)
N
CM
T
两个问题的共性:
o x0 x x
所求量为函数增量与自变量增量之比的极限 .
类似问题还有:
加速度 是速度增量与时间增量之比的极限 变
角速度 是转角增量与时间增量之比的极限 化
线密度 是质量增量与长度增量之比的极限
(x0 , y0 )
若
切线与 x 轴垂直 .
o
x0 x
y
曲线在点
处的
切线方程:
o
x0
x
法线方程:
( f (x0 ) 0)
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例8. 问曲线
哪一点有垂直切线 ? 哪一点处
的切线与直线
平行 ? 写出其切线方程.
解:
1
x
2 3
3
y x0 ,
故在原点 (0 , 0) 有垂直切线
率 问
电流强度 是电量增量与时间增量之比的极限 题
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2.1.2 导数的定义
定义1 . 设函数
在点 的某邻域内有定义 ,
若
lim f (x) f (x0 ) lim y
xx0 x x0
x0 x
y f (x) f (x0) x x x0
存在, 则称函数
在点 处可导, 并称此极限为
lim f (x) f (0)
x0
x
在
处可导.
存在，证明:
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h0
lim
h0
即 (ln x) 1
x
ln e
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定义2 . 设函数 有定义, 若极限
在点 的某个右 (左) 邻域内
( x 0 )
( x 0 )
存在, 则称此极限值为
f (x0 ) ( f(x0 ))
x0
在 处的右 (左) 导数, 记作
即 f (x0 )
定理1. 函数
在点 可导的充分必要条件
f
(x)
sin x,
x,
x 0, x0
在 x 0 处的导数.
解：当 x 0 时,
y f (0 x) f (0) sin x 0 sin x,
故
f(0)
lim
x0
y x
lim sin x 1.
x0
x
当 x 0 时,
y f (0 x) f (0) x 0 x,
故
f(0)
f (x00)hf)(x0f (xh0))
2(2hh)
原式
1 2
f
(x0 )
1 2
f
(x0 )
f
(x0 )
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2.1.3 导数的几何意义
y y f (x)
曲线 若
在点
tan f (x0 )
曲线过
的切线斜率为
CM
上升;
o x0
T x
y
若
曲线过
下降;
若
切线与 x 轴平行, 称为驻点;
1
f
(0)
lim x0
ax 0 x0
a
故 a 1时
此时
在
都存在,
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提高题
1. 设
存在, 且
求
解: 因为
1 lim f (1 (x)) f (1)
2 x0
(x)
所以
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2. 设
在
在
处连续, 且
处可导.
证：因为
存在，则有
又在 所以 即
处连续, 故
解:
lim f (x) f (a) lim xn an
xa x a
xa x a
lim ( xn1 a xn2 a2 xn3 an1)
xa
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说明：
对一般幂函数 y x ( 为常数)
(x ) x1
（以后将证明）
例如，(
1
x ) (x 2 )
1
x
y y f (x) N
f (x0 )
CM
T
o x0 x x
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y f (x) f (x0) x x x0
Hale Waihona Puke Baidu
若上述极限不存在 , 就说函数 在点 x0不可导.
若 lim y , 也称 x0 x
在 的导数为无穷大 .
若函数在开区间 I 内每点都可导, 就称函数在 I 内可导.
反例:
在 x = 0 处连续 , 但不可导. o
x
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注: 一般地, 若曲线 y f ( x)的图形在点 x0处出现
尖点, 则它在该点不可导. 因此, 如果函数在一个区 间内可导, 则其图形不出现尖点, 或者说是一条连续 的光滑曲线.
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小结
1. 导数的实质: 增量比的极限;
是
且
注：该定理常被用于判定分段函数在分段点处是否可导.
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例5. 证明函数
在 x = 0 不可导.
证:
f (0 h) f (0) h
h h
1, 1,
h0 h0
lim f (0 h) f (0) 不存在 ,
h0
h
y
y x
o
x
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例6.
求函数
令
1 33
1 x2
1, 3
得
x 1 ,
对应 y
1 ,
则在点(1,1) , (–1,–1) 处与直线
平行的切线方程分别为
即
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2.1.4 函数的可导性与连续性的关系
定理2.
证: 设
在点 x 处可导, 即
存在 , 因此必有
其中
故 所以函数
x 0
在点 x 连续 .
y
y x
注意: 函数在点 x 连续未必可导.
h0
2
cos x
即
(sin x) cos x
类似可证得 (cos x) sin x
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例4. 求函数
的导数.
解:
lim f (x h) f (x) lim ln(x h) ln x
h0
h
h0
h
lim 1 h0 h
lim
或
1x 1 hx
lim 1 h h0 h x
lim
x0
y x
lim x 1. x x0
由
f(0) f(0) 1,
得 f (0) lim y 1.
x0 x
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例7. 设
存在, 求极限 lim f (x0 h) f (x0 h).
h0
2h
是否可按下述方法作:
解: 令原式t x0hlim0h,则
f (x0 )
此时导数值构成的新函数称为导函数.
记作: y ; f (x) ; dy ; d f (x) .
dx dx
注意:
f (x0)
f (x) xx0
d f (x0 ) dx
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例1. 求函数
(C 为常数) 的导数.
解: y lim f (x x) f (x)
x0
x
即
例2. 求函数
f
( x0
h) h
f
(x0 )
___f_(_x_0_)_ .
3. 已知
则
k0
4. 若 可导?
解: 由题设
时, 恒有
问 是否在
故在 可导, 且
由夹逼准则
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5. 设
, 问 a 取何值时,
在
都存在 , 并求出
解: 显然该函数在 x = 0 连续 .
f (0)
lim x0
sin x 0 x0
t
s
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2. 曲线的切线斜率
y
曲线
在 M 点处的切线
割线 M N 的极限位置 M T
(当
时)
切线 MT 的斜率
o
y f (x)
N
CM
T
x0 x x
lim tan
割线 M N 的斜率 tan
f (x) f (x0 ) x x0
k lim
x x0
f (x) f (x0 ) x x0
在点 的导数. 记作:
y xx0 ;
f (x0 ) ;
dy dx
x
x0
;
d f (x) dx x x0
即
y
x x0
f
(x0 )
lim y x0 x
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运动质点的位置函数 s f (t)
在 t0 时刻的瞬时速度
f (t0 )
o t0
f (t) s t
f (t0 )
曲线 C : y f (x) 在 M 点处的切线斜率
2. f (x0 ) a
f(x0 ) f(x0 ) a
3. 导数的几何意义: 切线的斜率;
4. 可导必连续, 但连续不一定可导;
5. 已学求导公式 :
(C) 0;
(ln x) 1
(cos x) sin x;
x
不连续, 一定不可导. 6. 判断可导性 直接用导数定义;
看左右导数是否存在且相等.
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思考题
1. 函数 在某点 处的导数 有什么区别与联系 ?
与导函数
区别: 联系:
f (x) 是函数 , f (x0 ) 是数值; f (x) xx0 f (x0 )
？ 注意: f (x0) [ f (x0) ]
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2. 设
存在 , 则
lim
h0
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，
2.1.1 引例
1. 变速直线运动的速度
设描述质点运动位置的函数为
则 到 的平均速度为
v f (t) f (t0 ) t t0
而在 时刻的瞬时速度为
v lim
t t0
f (t) f (t0 ) t t0
自由落体运动
s
1 2
gt
2
f (t0 )
o t0
f (t)
1 2
2
1 2x
1 x
(x1)
x11
1 x2
(
1
)
(x
3 4
)
3
7
x4
xx
4
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例3. 求函数
的导数.
解:
则
lim f (x h) f (x) lim sin(x h) sin x
h0
h
h0
h
lim 2 cos(x h)
h0
2
lim cos(x h)